DE1966213A1

DE1966213A1 - Electronic contactless working distance indicator

Info

Publication number: DE1966213A1
Application number: DE19691966213
Authority: DE
Inventors: Robert Buck
Original assignee: Ifm & Co KG GmbH
Current assignee: Ifm & Co KG GmbH
Priority date: 1969-10-10
Filing date: 1969-10-10
Publication date: 1972-08-03
Also published as: DE1966213C3; DE1966213B2

Description

Elektronischer, berUhrungslos arbeitender Abstandsindikator Die Erfindung betrifft einen elektronischen, berührungslos arbeitenden Abstands indikator mit einem von außen durch ein Metallteil, dessen Abstand bestimmt werden soll, bedämpfbaren Oszillator. Solche Abstandsindikatoren, die in Form von Schaltgeräten nur die dualen Aussagen vorgegebener Abstand noch nicht erreicht" oder vorgegebener Abstand erreicht" in der Weise machen können, als sie in einem Fall geschlossen, im anderen Fall geöffnet sind -oder umgekehrt -, werden als kontaktlose Schaltgeräte in zunehmenden Maße anstelle von mechanisch betätigten, kontaktbehafteten Schaltgeräten in elektrischen Meß-, Steuer- und $Regelkreisen verwendet. Solanlga bei den bekannten zuvor beschriebenen, also digital arbeitenden Abstandsindikatoren das Metallteil, dessen Abstand überwacht bzw. bestimmt werden soll, den vorgegebenen Abstand noch nicht erreicht hat, gilt für den Oszillator K . V > 1 mit K = Rückkopplungsfaktor und V = Verstärkungsfaktor des Oszillators, d.h. der Oszilator schwingt. Erreicht das entsprechende Metallteil den vorgegebenen Abstand, so führt die zunehmende Bedämpfung des Oszillator zu einer Verringerungs# des Verstärkungsfaktor V, wobei K . V < 1 wird, d.h. der Oszillator schwingt nicht mehr, Abhängig von den unterschliedlichen Zuständen des Oszillators wird, zumeist über Kippverstärker, ein elektronischer Schalter, z.B. ein Transistor oder ein Thyristor, betätigt.Electronic, contactless working distance indicator The invention relates to an electronic, contactless working distance indicator with one that can be damped from the outside by a metal part whose distance is to be determined Oscillator. Such distance indicators, which in the form of switching devices only the dual Statements given distance not yet reached "or given distance reached" in the way that they are closed in one case and open in the other are - or vice versa - are called contactless switching devices in increasing Dimensions instead of mechanically operated, contact-based switching devices in electrical Measuring, control and regulating loops are used. Solanlga in the known previously described, digitally working distance indicators the metal part whose distance is being monitored or is to be determined, has not yet reached the specified distance, applies for the oscillator K. V> 1 with K = feedback factor and V = gain factor of the oscillator, i.e. the oscillator oscillates. Reaches the corresponding metal part the specified distance, the increasing damping of the oscillator leads to a Reduction # of the amplification factor V, where K. V <1, i.e. the oscillator no longer oscillates, depending on the different states of the oscillator an electronic switch, e.g. a transistor, is mostly used via a multivibrator or a thyristor.

Die beschriebenen Abstandsindikatoren können naturgemäß, nämlich wesen der digitalen Arbeitsweise, nur in Zweipunkt-Regelkreisen, also in instetigen Regelkreisen, dagegen nicht in stetigen Regelkreisen verwendet werden; gerade stetige Regelkreise aber überwiegen, so daß es wünschenswert wäre, wenn die beschriebenen Abstandsindikatoren die sich im übrigen in der Praxis bereits vielfach bewährt haben, auch in stetigen Regelkreisen eingesetzt werden könnten.The described distance indicators can of course, namely be the digital mode of operation, only in two-point control loops, i.e. in continuous control loops, however, cannot be used in continuous control loops; straight continuous control loops but predominate, so that it would be desirable if the described distance indicators the have already proven themselves many times in practice, including in continuous control loops could be used.

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie Abstandsindikatoren der eingangs beschriebenen Art auszugestalten sind, damit diese nicht nur eine der dualen Aussagen "vorgegebener Abstand noch nicht erreicht" oder "vorgegebener Abstand erreicht" machen können, sondern den Abstand eines Metallteis stetig messen können, d..h, anzugeben, wie die bekannten digitalarbeitenden Abstandsindikatoren in analogarbeitende Abstandsindikatoren umgewandelt werden können.The invention is therefore based on the object of indicating how Distance indicators of the type described above are to be designed so that they not just one of the dual statements "specified distance not yet reached" or "specified distance reached" can make, but the distance of a metal piece be able to measure continuously, i.e. to indicate how the known digitally working distance indicators can be converted into analog working distance indicators.

Der erfindungsgemäßen elektronische, berührungslos arbeitende Abstandsindikator, bei dem diese Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die gleichgerichtete Oszillatorspannung in der Weise auf den Oszillator gegengekoppelt ist, daß trotz zunehmender Beämpfung des Oszillator eine Verstärkung und damit die Oszillatorspannung annährend konstant gehalten wird, wobei die gleichgerichtete Oszillatorspannung ein Maß für den zu bestimmenden Abstand ist. Während also bei den bekannten Abstandsindikatoren der eingangs beschriebenen Art im Rahmes#n ihrer Funktion die unterschiedlichen Zustände "Oszillator schwingt" und "Oszillator schwingt nicht" das Kriterium für die Aussage des Abstandsindikators ist, wird bei dem erfindungsgemäßen Abstandsindikator der Zustand "Oszillator schwingt" stets aufrechterhalten, was dadurch erreicht wird, daß durch die Gegenkopplung der gleichgerichteten Oszillatorspannung die bei steigender Bedämpfung zunächst kleiner werdende Verstärkung des Oszillators und damit kleiner werdende Oszillatorspannung gleichsam geregelt wird, nämlich annähernd konstant gehalten wird; gleichwohl ist die gleichgerichtete und gegengekoppelte Oszillatorspannung ein Maß für den zu bestimmende Abstand des Metallteils, was an einer bevorzugten Ausführungsform mit einem in Emitterschaltung betriebenen Transistor innerhalb des Oszillators, die dadurch gekennzeichnet ist, daß dem Emitterwiderstand des Transistor die Kanalstrecke eines Feldeffekttransistors parallel geschaltet ist und die gleichgerichtete Oszillatorspannung auf das Gitter des Feldeffekttransistors geschaltet ist, besonders anschaulich erläutert werden kann.The electronic, contactless working distance indicator according to the invention, in which this object is achieved, is characterized in that the rectified Oscillator voltage is fed back to the oscillator in such a way that despite increasing damping of the oscillator a gain and thus the oscillator voltage is kept approximately constant, the rectified oscillator voltage is a measure of the distance to be determined. So while with the known distance indicators of the type described above in the context of their function conditions "Oscillator vibrates" and "Oscillator does not vibrate" that The criterion for the statement of the distance indicator is, in the case of the Distance indicator of the state "oscillator oscillates" always maintained what is achieved by the negative feedback of the rectified oscillator voltage the amplification of the oscillator, which initially becomes smaller with increasing damping and thus decreasing oscillator voltage is controlled as it were, namely approximately is kept constant; nevertheless it is rectified and counter-coupled Oscillator voltage a measure of the distance to be determined between the metal part and what a preferred embodiment with a transistor operated in the emitter circuit inside the oscillator, which is characterized in that the emitter resistor of the transistor, the channel path of a field effect transistor is connected in parallel and the rectified oscillator voltage on the grid of the field effect transistor is switched, can be explained particularly clearly.

Tatsächlich läßt sich bei dieser Ausführungsform nämlich der Oszillator als Regelstrecke, der Feldeffekttransistor als P-Regler, die Verstärcung des Oszillators bzw. die Oszillatorspannung als Regelgröße, der Kanalwiderstand des Feldeffekttransistors als Stellgröße und die Bedämpfung, d.h. der zu bestimmende Abstand, als Stoörgröße auffassen. Da der Feldeffekttransistor als P-Regler daß Einwirken der Störgröße, also des zu bestimmenden Abstandes, nicht vollständig ausregeln kann - bleibende Regelabweichung beim Einsatz eines P-Reglers -, ist die bleibende Regelabweichung, letztlich also die gleichgerichtete und gegengekoppelte Oszillatorspannung, ein Maß fUr den zu betimmenden Abstand.In fact, in this embodiment, the oscillator as a controlled system, the field effect transistor as a P controller, the amplification of the oscillator or the oscillator voltage as a controlled variable, the channel resistance of the field effect transistor as the manipulated variable and the damping, i.e. the distance to be determined, as the disturbance variable grasp. Since the field effect transistor as a P-regulator that the effect of the disturbance, so the too determining distance, cannot fully regulate - permanent control deviation when using a P-controller - is the remaining control deviation, i.e. ultimately the rectified and negative feedback oscillator voltage, a measure of the to defining distance.

die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind zusammengefaßt darin zu sehen, daß durch eine einfache Maßnahme der bekannte digital arbeitende Abstandsindikator zu einem anabg arbeitenden Abstandsindikator umfunktioniert worden ist> so daß der erfindungsgemäße Abstandsindikator z.B. auch in stetigen Regelkreisen und in echten Meßkreisen eingesetzt werden kann. Weiter ist von Vorteil, daß die Ausgangsgröße des erfindungsgemößen Abstandsindikators, also die gleichgerichtete Oszillatorspannung, innerhalb eines bestimmten Bereiches praktisch ddie mehr abhängig ist von dem zu bestimmende Abstand.the advantages achieved by the invention are summarized therein to see that the known digitally operating distance indicator by a simple measure has been converted into a working distance indicator> so that the distance indicator according to the invention e.g. also in continuous control loops and in real measuring circles can be used. Another advantage is that the output variable of the distance indicator according to the invention, i.e. the rectified oscillator voltage, practically within a certain range which is more dependent on which to determining distance.

xl folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichungs näher erlliutert; die einzige Figur zeigt das Schaltbild einer gleichstrombetriebenen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abstandsindikators.xl following the invention is based on only one embodiment illustrative drawing explained in more detail; the only figure shows the circuit diagram a direct current operated embodiment of a distance indicator according to the invention.

Der in der Figur dargestellte elektronische Abstandsindikator 1 arbeitet berührungslos, d.hw bestimmt den Abstand eines in der Figur nicht dargestellten Metallteils, ohne daß das Metallteil mit dem Abstandsindikator 1 mecanisch in Kontakt kommt.The electronic distance indicator 1 shown in the figure works contactless, i.e. determines the distance of a not shown in the figure Metal part without the metal part mechanically in contact with the distance indicator 1 comes.

Der erfindingsgemäße Abstandsindikator 1 weist einen Oszillator 2 auf, der im dargestellten Ausführungsbeispiel nach bevorzugter Lehre der Erfindung mit einem in Emitterschaltung betriebenen Transistor 3 arbeitet.The distance indicator 1 according to the invention has an oscillator 2 on, in the illustrated embodiment according to the preferred teaching of the invention operates with a transistor 3 operated in the emitter circuit.

Im Kollektorkreis des Transistors 3 liegt ein Parallelschwingkreis 4 aus Schwingkreisinduktivität 5 und Schwingkreiskapazität 6, im Emitterkreis des Transistors 3 liegt ein Emitterwiderstand 7 und im Basiskreis des Transistors 3 ist eine Rückkopplungsinduktivität 8 vorgesehen, die einerseit an die Basis des Transistors 3, andererseits an die Verbindungsstelle zweier Widerstände 9,10, die einen Spannungsteiler 11 bilden, angeschlossen ist.A parallel resonant circuit is located in the collector circuit of transistor 3 4 from resonant circuit inductance 5 and resonant circuit capacitance 6, in the emitter circuit of the The transistor 3 has an emitter resistor 7 and is located in the base circuit of the transistor 3 a feedback inductance 8 is provided, which is connected to the base of the Transistor 3, on the other hand to the junction of two resistors 9,10, the form a voltage divider 11 is connected.

Parallel zum Widerstand 10 liegt ein Überbrückungskondensator 12. Die Oszillatorspannung wird an Kollektor des Transistors 3 über einen Kopplungskondensator 13 abgegriffen, mittels eines als Diode geschalteten Transistors 14 gleichgerichtet und durch einen nachfolgende, als Emitter-Folger geschalteten Transistor 15, in dessen Emitterkreis ein Ladekondensator 16 liegt, geglättet.A bypass capacitor 12 is located in parallel with the resistor 10. The oscillator voltage is applied to the collector of transistor 3 via a coupling capacitor 13 tapped, rectified by means of a transistor 14 connected as a diode and by a subsequent transistor 15, connected as an emitter follower, in whose emitter circuit is a charging capacitor 16, smoothed.

Außerdem sind noch eine Diode 17 und ein Widerstand 18 vorgesehen.In addition, a diode 17 and a resistor 18 are also provided.

$Erfindungsgemäß ist die gleichgerichtete Oszillator-Spannung in der Weise auf den Oszillator 2 gegengekoppelt, daß trotz zunehmender Bedämpfung des Oszillator 2 seine Verstärkung und damit die Oszillatorspannung annährend konstant gehalten wird, wobei die gleichgerichtete Oszillatospannung ein Maß für den zu bestimmenden Abstand sit. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dazu dem Emitterwiderstand 7 des Transistors 3 die Kanalstrecke eines Feldeffekttransistors 19 parallel geschaltet und ist die gleichgerichtete Oszillatorspannung auf das Gitter des Feldeffekttransistors 19 geschaltet. Über einen Widerstand 2O wird die gleichgeriohtete Oszillatorspannung als Naß fUr den zu bestimmenden Abstabd abgegriffen.$ According to the invention, the rectified oscillator voltage is in the Way fed back to the oscillator 2 that despite increasing attenuation of the Oscillator 2 has its gain and thus the oscillator voltage almost constant is held, the rectified oscillatory voltage being a measure of the to be determined Distance sit. In the illustrated embodiment, this is the emitter resistor 7 of the transistor 3, the channel path of a field effect transistor 19 is connected in parallel and is the rectified oscillator voltage on the grid of the field effect transistor 19 switched. The oscillator voltage is rectified via a resistor 2O tapped as wet for the distance to be determined.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Abstandsindikators 1. läßt sich wie folgt erläutern: Bei der dargestellten Ausführungsform läßt sich der Oszillator 2 als Regelstrcke, der Feldeffekttransistor 19 als P-Regler, die Verstärkung des Oszillators 2 bzw. die Oszillatorspannung als Regelgröße, der Kanalwiderstand des Feldeffekttransistors als Stellgröße und die Bedämpfung, d.h. der zu bestimmende Abstand, als Störgröße auffasen. Da der Feldeffekttransistor 19 als P-Regler das Einwirken der Strörgröße, also den zu bestimmenden Abstand, nicht vollständig ausregeln kann -bleibende REgelabweichung beim Einsatz eines P-Reglers -, ist die bleibende Regelabweichung, also die gleichgerichtete Oszillatorspannung, ein Maß für den zu bestimmenden Abstand.The operation of the distance indicator according to the invention 1. leaves can be explained as follows: In the embodiment shown, the oscillator can be 2 as a control loop, the field effect transistor 19 as a P controller, the amplification of the Oscillator 2 or the oscillator voltage as a controlled variable, the channel resistance of Field effect transistor as the manipulated variable and the damping, i.e. the one to be determined Distance as a disturbance. Since the field effect transistor 19 acts as a P controller The effect of the disturbance, i.e. the distance to be determined, does not fully regulate can - permanent control deviation when using a P controller - is the permanent one Control deviation, i.e. the rectified oscillator voltage, a measure of the to determining distance.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Electronic, contactless working distance indicator with a metal part, the distance of which is to be determined, can be damped from the outside Oscillator, d u r c h e k e n n e i c h n e t, that the rectified Oscillator voltage is fed back to the oscillator (2) in such a way that despite increasing damping of the oscillator (2) its gain and thus the oscillator voltage is kept approximately constant, the rectified oscillator voltage is a measure of the distance to be determined.

2. Electronic distance indicator according to claim 1 in the embodiment with a transistor operated in the emitter circuit within the oscillator, thereby marked that the channel path is connected to the emitter resistor (7) of the transistor (3) a field effect transistor (19) is connected in parallel and rectified Oscillator voltage is connected to the grid of the field effect transistor (19).

L e r s e i t e